一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置的制作方法

本发明涉及的是电气设备防雷技术领域，具体为一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置。

背景技术：

雷电中的电磁脉冲也就是我们日常说的感应雷主要是受电磁感应作用所致，其主要影响电子设备和系统。感应雷是在闪雷时所产生的瞬间脉冲磁场，这种强大的感应磁场，可在地面 1km 范围内的金属网络中产生感应电荷，包括有线、无线通讯网络，电力输电网络等线路系统。高强度的感应电荷会在这些金属网络中形成强大的瞬间高压电场，从而形成对用电设备的高压弧光放电，最终会导致电器设备烧毁，其中弱电系统受到的危害更大。

目前市面上的防雷装置大多注重于防雷、高效泄掉浪涌电流及降低两线间的残压等常规防雷技术手段，较少有防雷装置能自动对电气设备各个部分被雷击的次数进行检测和统计，从而设备研发人员或工程设计人员在设计防雷保护装置时总是依据以往的经验来设计，由于缺乏客观、有效的数据作为依据，所以最终设计出来的防雷产品或防雷工程总是难以让用户满意。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种设计科学合理、制作简单、安全可靠，能为CAN总线系统提供防雷保护的同时还能自动检测、统计其各个部位被雷击的次数。

本发明采用的技术方案：

一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置，包括CAN接口芯片，芯片上有一CANH端和一CANL端，其特征在于：还包括依次连接在所述CANH端和所述CANL端之间的CANH端雷击次数检测电路、信号防雷保护电路和CANL端雷击次数检测电路，所述CANH端雷击次数检测电路、信号防雷保护电路、CANL端雷击次数检测电路依次串接，所述CANH端雷击次数检测电路的第一OUT-A端连接单片机的第一输入端，所述CANL端雷击次数检测电路的第二OUT-A端连接所述单片机的第二输入端。

信号防雷保护电路将雷击电流泄入大地同时将电路间的残压降至更低，保护CAN总线系统，每当雷电击中CAN总线系统一次，雷击次数检测电路就会将一次高电平信号传输至所连接的单片机，单片机会判断当前出现的雷击浪涌和雷击次数，能自动累计发生的雷击次数。

进一步地，所述CANH端雷击次数检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第五浪涌吸收元件D5、第一双向光耦U1组成，所述CANH端经第二电阻R2与所述信号防雷保护电路一端连接，所述CANH端还依次经所述第一电阻R1、第五浪涌吸收元件D5与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第五浪涌吸收元件D5的两端并接所述第一双向光耦U1的输入端组，其中第一双向光耦U1的阳极输入端与所述第一电阻R1、第五浪涌吸收元件D5的公共端连接，所述第一双向光耦U1的阴极输入端与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第一双向光耦U1的阴极输入端还经第三电容C3接地。

CANH端雷击次数检测电路采用双向光耦U1 是为了满足雷击极性为正、地电位为负时及雷击极性为负、地电位为正时雷击次数的检测需要，第一电阻R1是为了保证第一双向光耦U1不受浪涌电流的损坏，第五浪涌吸收元件D5是为了保证第一双向光耦U1不受浪涌电压的损坏，当雷电击中CANH端时，检测电路就会对外发送一个高电平信号。

进一步地，所述信号防雷保护电路由第一电容C1、第五电阻R5、第六电阻R6、第二浪涌吸收元件D2、第三浪涌吸收元件D3、第四浪涌吸收元件D4、第六浪涌吸收元件T1组成，其中CANH端与信号地GND之间依次串接有第二电阻R2、第四浪涌吸收元件D4、第一电容C1，CANL端与信号地GND之间依次串接有第四电阻R4、第三浪涌吸收元件D3、第一电容C1，CANH端与CANL端之间依次串接有第二电阻R2、第五电阻R5、第二浪涌吸收元件D2、第六电阻R6、第四电阻R4，其中第六浪涌吸收元件T1并接第二浪涌吸收元件D2的两端。

CANL端雷击次数检测电路采用双向光耦U2 是为了满足雷击极性为正、地电位为负时及雷击极性为负、地电位为正时雷击次数的检测需要，第三电阻R3是为了保证第二双向光耦U2不受浪涌电流的损坏，第一浪涌吸收元件D1是为了保证第二双向光耦U2不受浪涌电压的损坏，当雷电击中CANL端时，检测电路就会对外发送一个高电平信号。

进一步地，所述信号防雷保护电路由第一电容C1、第五电阻R5、第六电阻R6、第二浪涌吸收元件D2、第三浪涌吸收元件D3、第四浪涌吸收元件D4、第六浪涌吸收元件T1组成，其中CANH端与信号地GND之间依次串接有第二电阻R2、第四浪涌吸收元件D4、第一电容C1，CANL端与信号地GND之间依次串接有第四电阻R4、第三浪涌吸收元件D3、第一电容C1，CANH端与CANL端之间依次串接有第二电阻R2、第五电阻R5、第二浪涌吸收元件D2、第六电阻R6、第四电阻R4，其中第六浪涌吸收元件T1并接第二浪涌吸收元件D2的两端。

雷电无论击中CANH端还是CANL端，信号防雷保护电路都可高效地将雷击浪涌电流泄入大地，同时将CANH端和CANL端之间的残压降至更低，保护CAN总线系统及其后面的设备。

进一步地，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均为安规电容，第一浪涌吸收元件D1、第二浪涌吸收元件D2、第三浪涌吸收元件D3、第四浪涌吸收元件D4、第五浪涌吸收元件D5均为双向瞬变电压抑制二极管，第六浪涌吸收元件T1为双向S.E.T静电浪涌抑制器。

由于CAN总线电路存在耦合危险电压，现充分利用安规电容失效的情况下处于断路状态这一特点，避免信号地GND与CAN线短路而带有危险电压的情况出现，同时安规电容还起到泄放雷击电流、增强共模防雷效果、保护双向瞬变电压抑制二极管等作用，而双向瞬变电压抑制二极管的反应时间小于双向S.E.T静电浪涌抑制器，可达到快速将浪涌电流泄入大地的效果。

综上所述，由于采用了上述方案，本发明具有以下优点：

（1）一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置，所需电子元器件均为现有产品，无需复杂焊接只需简单制作即可完成。

（2）本发明设计科学合理、安全可靠，可对CAN总线电路进行全面防雷保护的同时自动对CAN总线系统的CANH端、CANL端被雷电击中的次数进行检测和统计，且可将数据通过单片机处理后传输至通讯模块或报警模块，为管理人员及时处理故障提供依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种能自动检测雷击次数的CAN总线防雷装置，包括CAN接口芯片，芯片上有一CANH端和一CANL端，其特征在于：还包括依次连接在所述CANH端和所述CANL端之间的CANH端雷击次数检测电路、信号防雷保护电路和CANL端雷击次数检测电路，所述CANH端雷击次数检测电路、信号防雷保护电路、CANL端雷击次数检测电路依次串接，所述CANH端雷击次数检测电路的第一OUT-A端连接单片机的第一输入端，所述CANL端雷击次数检测电路的第二OUT-A端连接所述单片机的第二输入端。所述CANH端雷击次数检测电路由第一电阻R1、第二电阻R2、第五浪涌吸收元件D5、第一双向光耦U1组成，所述CANH端经第二电阻R2与所述信号防雷保护电路一端连接，所述CANH端还依次经所述第一电阻R1、第五浪涌吸收元件D5与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第五浪涌吸收元件D5的两端并接所述第一双向光耦U1的输入端组，其中第一双向光耦U1的阳极输入端与所述第一电阻R1、第五浪涌吸收元件D5的公共端连接，所述第一双向光耦U1的阴极输入端与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第一双向光耦U1的阴极输入端还经第三电容C3接地。所述CANL端雷击次数检测电路由第三电阻R3、第四电阻R4、第一浪涌吸收元件D1、第二双向光耦U2组成，所述CANL端经第四电阻R4与所述信号防雷保护电路一端连接，所述CANL端还依次经所述第三电阻R3、第一浪涌吸收元件D1与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第一浪涌吸收元件D1的两端并接所述第二双向光耦U2的输入端组，其中第二双向光耦U2的阴极输入端与所述第三电阻R3、第一浪涌吸收元件D1的公共端连接，所述第二双向光耦U2的阳极输入端与所述信号防雷保护电路一端连接，所述第二双向光耦U2的阳极输入端还经第二电容C2接地。所述信号防雷保护电路由第一电容C1、第五电阻R5、第六电阻R6、第二浪涌吸收元件D2、第三浪涌吸收元件D3、第四浪涌吸收元件D4、第六浪涌吸收元件T1组成，其中CANH端与信号地GND之间依次串接有第二电阻R2、第四浪涌吸收元件D4、第一电容C1，CANL端与信号地GND之间依次串接有第四电阻R4、第三浪涌吸收元件D3、第一电容C1，CANH端与CANL端之间依次串接有第二电阻R2、第五电阻R5、第二浪涌吸收元件D2、第六电阻R6、第四电阻R4，其中第六浪涌吸收元件T1并接第二浪涌吸收元件D2的两端。所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3均为安规电容，第一浪涌吸收元件D1、第二浪涌吸收元件D2、第三浪涌吸收元件D3、第四浪涌吸收元件D4、第五浪涌吸收元件D5均为双向瞬变电压抑制二极管，第六浪涌吸收元件T1为双向S.E.T静电浪涌抑制器。

本实施例中，如图1所示，所述第一电阻R1、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6均为限流电阻，第二电阻R2和第四电阻R4为取样电阻。

当无雷击时，第二电阻R2所在线路上呈现高阻抗，第一双向光耦U1的内部发光二极管不导通，因而第一双向光耦U1内部的光电三极管不工作，所以第一双向光耦U1的 OUT-A 端无高电平输出。当CANH端线路上出现雷击浪涌电流时，第二电阻R2所在电路呈现低阻抗并有电流流过，这时第一双向光耦U1内部发光二极管导通，这时双向光耦U1内部光电三极管工作，从而第一双向光耦U1的OUT-A端输出高电平。单片机根据OUT-A 端输出的高电平判断当前出现的雷击浪涌和雷击次数且能自动累积发生的雷击次数，由于第一电阻R1和第五浪涌吸收元件D5对第一双向光耦U1进行保护，所以第一双向光耦U1不会被雷击浪涌击穿损坏。雷击浪涌电流流经第二电阻R2后一部分会通过第三电容C3经信号地GND泄入大地，另一部分会通过第四浪涌吸收元件D4和第一电容C1经信号地GND泄入大地，少数浪涌电流通过第五电阻R5流入第二浪涌吸收元件D2、第六浪涌吸收元件T1从第六电阻R6流出，由于电流是率先选择电阻值小的电路通过，因此最后的少数雷击浪涌电流一部分通过第二电容C2经信号地GND泄入大地，另一部分通过第三浪涌吸收元件D3和第一电容C1经信号地GND泄入大地。同时，单片机还可以与通讯模块、报警模块等外部设备相连，为管理人员提供数据记录、告警警示等服务。当CANL端线路上出现雷击浪涌电流时亦是同理，这里就不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。